前 言

汽车发动机排气门摇臂体是配合凸轮轴适时的打开门，完成发动机的进气和排气，是汽车发动机中核心部件。因此摇臂体的质量直接影响发动机的性能。为了满足高质、高效加工要求，需要设计专用工装解决传统加工工艺存在的工艺路线长、生产效率底下等问题。

一、气门摇臂油槽车削靠模夹具设计

1、设计思路

如图1所示零件为发动机气门摇臂，主体为铸件内孔压入材料QSn4-4-2.5铜套，硬度170~180HB。切削性能良好。铜套内孔表面上有一条宽3mm，深（0.3±1）mm的封闭环形油槽需要加工，主要控制油槽的轴向位置9mm、19mm。由于加工批量大，因此，选择在车床上加工，采用靠模夹具，结构简单，操作方便，经实际使用效果良好。

图1 发动机气门摇臂

2、夹具结构及工作原理

（1）夹具结构

如图2所示，定位轴1采用平键3与靠模2联接，定位套8用螺钉7紧固在靠模2上。工件以内孔和端面定位于定位套8上。开口压板5采用开口形式，便于装卸工件，其中央处有一通孔，便于车槽刀具伸进工件内孔表面。靠模下方的滑轮12通过过渡座11固定于床身导轨上。

图2 气门摇臂夹具

1-定位轴 2-靠模 3-平键 4-压紧螺钉 5-开口压板 6-螺母 7-螺钉 8-定位套 9-定位销 10-工件 11-过渡座 12-滑轮

（2）工作原理

松开螺母6打开开口压板5，将工件置于定位套8上，然后夹紧。将刀具穿过开口压板5的中央孔伸至内孔表面上规定位置后固定不动，开动车床，主轴和定位轴一起旋转，带动靠模连同工件一起旋转。因靠模下方的滑轮12纵向固定于床身导轨上，迫使靠模带动工件沿外圆环形槽作纵向移动。工件油槽宽度由刀具确定，深度由车床的中滑板控制，封闭形状由靠模外圆的环形槽确定。工件油槽轴向位置由靠模2、定位销9及过渡座11和车床的床鞍相对固定位置确定。

（3）此夹具关键零件有定位轴1、靠模2和定位套8，它们的制造及精度要求至关重要。

①定位轴：毛坯经粗车之后进行调质处理，半精车之后，进行高频淬火，然后以中心孔定位采用基准统一原则，精加工莫氏锥面和前端定位轴颈。

②靠模：外圆上环形槽起靠模作用，同时通过定位套8使工件固定其上，起支承和连接的作用。

③定位套：起定位作用，工件以内孔和端面定位限制5个自由度，另一个旋转自由度由定位销9限制，工件在夹具中属于完全定位。

3、夹具结构特点

夹具和工件随车床主轴一起旋转，夹具的平衡性好。加工的工件表面是回转环形封闭油槽，夹具具有定心作用。本夹具通用性较好，只要更换靠模和定位套可以加工同类其他工件。夹具操作简单，加工质量稳定。

二、气门摇臂端面车削离心夹具

图3 气门摇臂零件图

1、改进前的零件夹具

如图3所示零件为发动机气门摇臂，主体为铸钢件内孔压入材料QSn4-4-2.5铜套，硬度170~180HB，切削性能良好。结合工件材料性质和零件的具体特点，先加工零件钢件内孔和端面，然后压入铜套，再对压入铜套后的内孔、端面精加工，均采用车削加工。在精加工零件内孔以后，以加工过的内孔作为精基准定位车削端面。

图4 整体弹性可胀心轴夹具

2、改进后夹具结构及工作原理

使用如图4中的整体弹性可胀心轴夹具的加工效率并不高，为此我们改进了夹具设计，采用如图5所示端面车削离心夹具。该夹具利用离心力夹紧工件来加工气门摇臂转轴孔的两个端面。

夹具的具体使用方法是：夹具体1左面做成莫氏5号锥度与车床主轴孔相联；工件装在弹性筒夹7上。车削工件第一端面时，以对刀定位杆6上的V形槽定工件的轴向位置，并以其端面对刀；调头车削第二端面时，拆去对刀定位杆6，以定位套筒8上的E端面定工件的轴向位置，并作为对刀用，柱销5起防转支承作用。

图5 端面车削离心夹具

1-夹具体 2-飞锤 3-销轴 4-拉杆 5-柱销 6-对刀定位杆 7-弹性筒夹 8-定位套筒 9-压盘 10-压力弹簧 11-防护罩

3、夹具设计制造要点

此夹具关键零件有夹具体1、飞锤2、弹性筒夹7和定位套筒8，它们的制造及精度要求至关重要。夹具体1左面应做成莫氏号锥面与车床的主轴锥孔的接触面应达85%以上，否则装夹误差就会增大。飞锤的作用是主轴旋转时产生离心力，使飞锤2绕销轴3转动，从而夹紧工件。弹性筒夹负责夹紧和定位。定位套筒对弹性筒夹起支承和定位两个作用。

4、夹具结构特点

生产实践证明，改进后的夹具具有以下优点：

（1）夹具和工件随车床主轴一起旋转，夹具的平衡性好。

（2）夹具结构紧凑合理，装卸工件迅速、可靠，操作方便，加工质量稳定，生产效率显著提高，非常适合批量加工。

（3）本夹具通用性较好，只要更换定位套筒、弹性筒夹和对刀定位杆，便可以加工同类其他工件， 调整方便、快捷。

（4）夹具寿命长。

二、汽车发动机摇臂体数控加工夹具设计

图6 汽车发动机摇臂体

图7 汽车发动机摇臂体传统加工工艺路线图

随着科学技术的发展，特别是计算机科学技术的发展，从根本上改变了加工型企业的生产方式，成为加工企业发展过程中的一个突破，数控加工与传统加工相比，在一些关键技术上具有较大的优势，现采用数控加工工艺特点优化摇臂体加工工序，采用带有转台的数控立式加工中心工序安排如下：

工序 1：采用图8所示装夹方式，可加工两端孔端面及内孔和倒角。

图8 工序1加工图

工序 2：采用图9装夹方式，内孔和一侧端面定位，用三面刃槽刀加工槽和两外侧面，钻、铰孔。

图9 工序2加工图

工序 3：采用图10装夹方式，采用两孔和孔上端面定位加工3油孔，2.5深孔可采用带有内冷的枪钻加工，更有利于深孔排屑。

图10 工序3加工图

工序 4：采用图11所示装夹方式，采用两孔和孔上端面定位加工和等顶部孔中特征要素。

图11 工序4加工图

结 语

采用上述汽车摇臂加工工艺及专用夹具可以做到小批量装夹，减少刀具换刀时间，工件夹紧方面采用液压夹紧方式，不仅降低了劳动强度而且方便控制工件的夹紧力，还能有效防止工件变形。另外在刀具选用方面可以采用一些特殊的刀具来提升加工效率，例如工件上的深孔采用带有内冷的枪钻代替普通的钻头，加工效率可以提高数倍。

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